DE4139119C1 - Taking samples of radioactive waste in glass blocks - includes boring hole in container well, boring further into glass core, using ultrasonic boring technique, and pulling out core boring unit etc. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Probe­ nahme aus in Kokillen zusammen mit radioaktiven Abfällen ein­ geschmolzenen Glasblöcken.

Eine solche Probenahme erfolgt zur Qualitätssicherung von technisch hergestellten Gläsern oder Keramiken mit einge­ schmolzenen hochradioaktiven Abfällen. Ein konkreter Anwen­ dungsfall ist die Probenahme aus solchen Glasblöcken, die zu Endlagerungszwecken in Stahlkokillen eingeschmolzen sind.

Bekannt ist die Probenahme durch zerspanende Bearbeitung mit­ tels elektromechanischer Bohrmaschinen oder die Zerlegung von Teilen mittels Sägen bei inaktiven Proben. Dabei werden die Proben jedoch starken mechanischen Erschütterungen ausgesetzt und in ihrer Struktur verändert. Bei radioaktiven Proben kommt es dabei zu hohen Kontaminationen.

Das Abtragen von Oberflächen in vielartiger Form sowie das Bohren von Löchern in Glas oder anderen harten Werkstoffen mittels Ultraschall ist aus der US-PS 25 80 716, der US-PS 29 89 046 und der DE-OS 36 06 304 bekannt. Dabei erfolgt der Abtrag durch eine mit ultraschallbeaufschlagte Flüssigkeit zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück. Eine Vorrichtung zur Entnahme von Körpern aus Baustoffen ist aus der DD-PS 2 10 977 bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einem Zylinderpaket von drei ineinanderschiebbaren Zylindern, daß in dem frischen Bau­ stoff eingeschlagen wird. Nach dem Ziehen des mittleren Ringes und dem Auslösen des äußeren und inneren Zylinders in Segmente ist das Entfernen aller Teile der Vorrichtung aus dem erstarr­ ten Baustoff möglich und der verbleibende Kern kann an der Un­ terseite durch Eintragen einer Kraft aufgebrochen und heraus­ gezogen werden. Hauptanwendungsgebiet ist der Zementbetonbau.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren anzugeben, mit welchem es möglich ist, aus abgekühlten, getem­ perten oder ungetemperten Glasblöcken aus vorzugsweise Borosi­ likat mit eingeschmolzenen radioaktiven Abfällen Glasproben zur weiteren Untersuchung zu entnehmen. Die Glasblöcke sind in Kokillen eingeschmolzen, die aus Metall, vorzugsweise Edel­ stahl bestehen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Glas­ blöcke teilweise unter latenten Spannungen stehen, sowie ge­ störte Bereiche mit Lunkern, Phasentrennungen und Rekristalli­ sationen aufweisen können. Trotzdem sollen die Bohrkerne aus einem Stück repräsentativ sein, damit auch die gestörten Be­ reiche ausgewertet werden können. Das Probenahmeverfahren darf keine zusätzlichen Veränderungen im Glasblock bewirken oder indirekt auslösen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin­ dung ein Verfahren vor, das aus den Schritten a) bis i) gemäß Patentanspruch besteht. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Bohrtechnik mittels Ultraschall an sich bekannt ist.

Ein solcherart ausgebildetes Verfahren ermög­ licht es, Proben aus den genannten Glasblöcken zu entneh­ men und dabei die oben geforderten Randbedingungen genau einzuhalten. Mit dem Verfahren können nicht nur runde Bohrun­ gen ausgeführt werden, sondern beinahe jedes beliebige Profil entsprechend dem Bohr- bzw. Ultraschallwerkzeug. Bei den Proben bleibt die Struktur des Glas- oder Keramikkörpers unverändert erhalten. Eine Kontamination in der Umgebung der Probenahme wird weitgehend vermieden, kontaminierte Bohrflüssigkeit kann rezirkuliert werden. Das Verfahren gestattet infolge seiner einfachen Schritte auch eine gute Durchführbarkeit unter Fern­ bedienungsbedingungen. Die beprobten Glas- oder Keramikkörper können nach der Probenahme wieder verschlossen, gelagert und nach beliebiger zeitlicher Unterbrechung erneut auf Qualitäts­ änderungen untersucht werden.

Wie bereits erwähnt, beruht das neue Verfahren auf dem Prinzip des Ultraschallabtrages d. h. auf einem Materialabtrag zwischen Werkzeug und Werkstück durch Ultraschallschwingungen von 20 bis 25 KHz unter Zwischenschalten einer Übertragungsflüssig­ keit. Das abtragende Bohrwerkzeug schwingt dabei in der Vor­ schub- bzw. Längsrichtung gegen die Probe.

Zunächst werden bei dem Verfahren auf konventionelle Weise eine oder mehrere Vorbohrungen in verschiedener Höhe in die aus Metall, vorzugsweise aus Stahl bestehende Kokillenwand eingebracht. Die Bohrung darf jedoch nicht ganz bis zum Glas durchgehen. Anschließend wird durch die Vorbohrung in den Glaskern mittels Ultraschallbohrtechnik unter Verwendung eines Kernbohrers weitergebohrt, bis die gewünschte Tiefe erreicht ist. Das Bohren erfolgt auf die im vorstehenden beschriebene Weise mittels einer Schleifmittelsuspension, meist Borkarbid mit einem Mischungsverhältnis zu Wasser von 4 : 1. Die mechani­ sche Schwingungsenergie für den Antrieb des schwingenden Kern­ bohrers liefert ein Ultraschallsender. Der Bohrdruck in hori­ zontaler Richtung wird durch geringfügige Neigung von 3 bis 5 Grad erzeugt, da das Bohrwerkzeug auf einem Gleitschlitten mit Führungsschienen liegt und gegen das Werkstück drückt. Der ei­ gentliche Bohreffekt beruht dabei auf einem Zerspanungsvor­ gang, den die Körnchen der Schleifmittelsuspension an der Stirnfläche des als Hohlkörper ausgebildeten, schwingenden Bohrwerkzeuges bzw. -rüssels ausüben. Die Suspension wird mit­ tels einer Tauchpumpe ständig umgewälzt und von der Stirnfläche abgesaugt. An der Kokillenaußenfläche austretende und an ihr herablaufende Flüssigkeit wird mittels einer an die Wand ange­ legten Wanne oder einem Trichter aufgefangen und der Pumpe wieder zugeführt. Dadurch wird die Kontamination auf ein Mini­ mum beschränkt.

Nachdem auf die gewünschte Tiefe gebohrt ist, werden der Ul­ traschallsender und die Pumpe abgestellt, der Kern steht im Werkzeug und hat noch Verbindung zum Glas. Anschließend werden das Bohrwerkzeug bzw. der Kernbohrer aus der Bohrung herausge­ zogen, wonach der Glaskern in der Bohrung stehenbleibt oder auch bricht. Nun wird ein Rohr mit geringerer Wandstärke aber gleichen Innendurchmessers über den Glaskern in die Bohrung geschoben und in dem seitlichen Spiel hin- und herbewegt. Die­ ses Spiel genügt, um mit der geringen Bewegung den Glaskern am Grund der Bohrung loszubrechen. Der Glaskern sitzt danach im Rohr. Damit er beim Herausziehen in demselben verbleibt, wird auf das Rohr von der Rückseite her Unterdruck aufgebracht. Dieser Unterdruck muß so groß sein, daß der Verlust durch die Leckrate infolge des kleineren Rohres in der Bohrung kompen­ siert wird. D.h. der Unterdruck muß trotz der Leckrate auf­ rechterhalten werden können. Andernfalls käme es zu erhebli­ cher Kontamination durch radioaktives Glasmaterial.

Anschließend wird das Rohr mitsamt dem Glaskern als Probe un­ ter Aufrechterhalten des Unterdruckes herausgezogen. Der Glas­ kern wird dann aus dem Rohr durch Wegnehmen des Unterdruckes in ein Glasrohr umgesetzt z. B. in der Weise, daß er in senk­ rechter Stellung in das Glasrohr fällt. Damit ist die fertige Probe erzeugt und kann zur Beurteilung verwendet werden.

Aufgrund der Beurtei­ lung einer oder mehrerer Proben in verschiedener Höhe wird dann z. B. festgelegt, an welcher Stelle der Kokille zu weite­ ren Untersuchungen geschnitten und Schliffproben erzeugt wer­ den. Das in der Kokillenwand verbleibende Loch wird an­ schließend mittels eines angeschweißten Stahlhütchens wieder verschlossen.

Das Ausbohren von Glaskernen aus einem Glasblock mittels Ul­ traschall erzeugt Bohrkerne mit hervorragender Oberflächenqua­ lität ohne Veränderungen des Gefüges an den bearbeiteten Ober­ flächen und führt auch bei kleinen Lun erstellen nicht zum Ab­ platzen oder Glasbruch. Für den Einsatz bei radioaktiven Glas­ blöcken ist eine Fernbedienung des Verfahrens sehr gut mög­ lich.

Claims (1)

1. Verfahren zur Probenahme aus in Kokillen zusammen mit ra­ dioaktiven Abfällen eingeschmolzenen Glasblöcken mit den fol­ genden Verfahrensschritten:

   • a) Einbringen einer Vorbohrung in die Kokillenwand auf kon­ ventionelle Weise,
   • b) Weiterbohren durch die Vorbohrung in den Glaskern mittels Ultraschallbohrtechnik unter Verwendung eines Kernbohrers bis zur gewünschten Tiefe,
   • c) Herausziehen des Kernbohrers aus der Bohrung,
   • d) Einbringen eines Rohres mit geringerer Wandstärke als der Kernbohrer in die ringförmige Bohrung mit dem ste­ hengebliebenen Bohrkern,
   • e) Bewegen des Rohres im Seitenspiel der Bohrung mit Abbrechen des Bohrkernes am Grund der Bohrung,
   • f) Aufbringen von Unterdruck auf das Rohr von der Rückseite her, der so hoch ist, daß er auch bei einer Leckrate in­ folge des Seitenspieles des Rohres in der Bohrung auf­ rechterhalten wird,
   • g) Herausziehen des Rohres unter Aufrechterhalten des Un­ terdruckes und Entnahme des Glaskernes durch Belüften und Schwerkraft,
   • h) Auffangen der Bohrflüssigkeit des Verfahrensschrittes b) mittels einer an die Außenwand der Kokille angelegten Wanne oder eines Trichters und Rückführen derselben in den Kreis­ lauf,
   • i) Verschließen des Loches in der Kokille mittels eines an­ geschweißten Plättchens.